25.4 : Interpretación del dominio de frecuencia del control de DP

Los controladores proporcionales-derivativos (PD) se utilizan ampliamente en sistemas de control de ventiladores para mejorar la estabilidad y el rendimiento. Un sistema de control de ventiladores se puede representar de manera eficaz mediante un diagrama de Bode para ilustrar el impacto de un controlador PD a través de su función de transferencia. El diagrama de Bode transmite visualmente cómo el control PD modifica la respuesta del ventilador en varias frecuencias, lo que proporciona una interpretación del dominio de frecuencia del comportamiento del controlador.

La ganancia de control proporcional, combinada con la ganancia en serie del sistema, normaliza la ganancia del controlador en frecuencia cero. El diagrama de Bode demuestra las características del filtro de paso alto del controlador PD, donde los componentes de alta frecuencia de la señal de error se amplifican y los componentes de baja frecuencia se atenúan. Esta característica eleva la frecuencia de cruce de ganancia del sistema, lo que requiere una colocación cuidadosa de la frecuencia de esquina para mejorar el margen de fase.

El control PD mejora la amortiguación de la velocidad del ventilador, lo que reduce significativamente los sobreimpulsos y las oscilaciones, acortando así el tiempo necesario para alcanzar y estabilizarse en la velocidad deseada. El mayor efecto de amortiguación es resultado de la capacidad del controlador PD de anticipar y contrarrestar los cambios en la señal de error, lo que proporciona un mecanismo de control más sensible y estable.

Además, el controlador PD amplía el ancho de banda del sistema, lo que permite un control eficaz sobre una gama más amplia de velocidades de los ventiladores. Esta ampliación mejora las métricas de estabilidad clave, como el margen de ganancia, el margen de fase y el pico resonante, lo que garantiza un control de la velocidad del ventilador consistente y confiable. El ancho de banda mejorado y los márgenes de estabilidad se traducen en un mejor rendimiento y adaptabilidad a las diferentes condiciones operativas.

Sin embargo, la naturaleza de paso alto del controlador PD puede amplificar el ruido de alta frecuencia, lo que podría interrumpir el control uniforme de la velocidad del ventilador. Esta amplificación del ruido requiere consideraciones de diseño cuidadosas para mitigar su impacto. Además, la implementación física del controlador PD puede requerir un capacitor grande, lo que puede aumentar el tamaño general y el costo del sistema de control.